前端数学公式渲染引擎深度对比

前提：需求在前端展示一些数学公式；
结论：根据项目最终选择了KaTeX 的 Vue3 插件 VaTex 进行了前端数学公式的展示；
理由：比MathJax 渲染快 官方文档易读性高；项目只需要展示简单的数学公式；
效果展示：

技术调研：

1. 使用 MathML
   HTML5 本身支持 MathML（数学标记语言），可以直接用标签生成公式。但是，浏览器的支持有限（特别是在某些版本的 Chrome 中未启用），并且样式可能不够理想。

<math>
  <msup>
    <mi>E</mi>
    <mn>2</mn>
  </msup>
  <mo>=</mo>
  <mi>m</mi>
  <msup>
    <mi>c</mi>
    <mn>2</mn>
  </msup>
</math>

优缺点：
● 优点：内置 HTML，简单易用。
● 缺点：浏览器兼容性差，样式不够灵活。

2. 使用 LaTeX 或 TeX + 渲染库
   通过使用 LaTeX/TeX 语法配合前端渲染工具，比如 MathJax 或 KaTeX，可以生成公式。这些库会将数学公式渲染为 HTML 或 SVG。

   MathJax 示例：

   <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/mathjax@3/es5/tex-mml-chtml.js"></script>
   <div>
     $$E = mc^2$$
   </div>
   

   KaTeX 示例：

   <link rel="stylesheet" href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/katex/dist/katex.min.css">
   <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/katex/dist/katex.min.js"></script>
   <div id="formula"></div>
   <script>
     katex.render("E = mc^2", document.getElementById("formula"));
   </script>
   

   优缺点：
   ● 优点：支持复杂公式，渲染效果优秀，兼容性好。
   ● 缺点：需要引入额外的 JS 库。
   

3. KaTeX vs. MathJax

   KaTeX 和 MathJax 是最常用的两个选项。它们都能将 LaTeX 代码转换为漂亮的数学公式，但各有优劣，适合不同的应用场景。

核心原理:
1. LaTeX 解析：
两者都接受 LaTeX 格式的输入，将 LaTeX 代码中的数学符号、公式结构等信息解析为一个内部表示。 这个内部表示通常是一个抽象语法树（AST），它准确地描述了公式的结构和各个部分之间的关系。
2. 字体和符号映射：
解析后的 AST 会被映射到具体的字体和符号上。它们内置了大量的数学符号字体，可以根据 LaTeX 代码中的命令找到对应的符号。
3. 布局和渲染：
根据 AST 中的结构信息，以及预定义的布局规则，计算出每个符号的位置和大小。最终将这些信息转换成 HTML、SVG 或 MathML，以便浏览器能够正确地显示。

关键技术点:
● 字体：使用专门的数学字体，如 STIX、Computer Modern
等，以确保符号的正确显示。 通过字体映射，将 LaTeX 命令与字体中的字符对应起来。
● 布局引擎：负责计算公式中各个元素的位置和大小，确保公式的整体布局美观。需要考虑上标、下标、分数、根号等各种数学结构的布局规则。
●浏览器兼容性：为了在不同的浏览器上显示一致的效果，需要考虑不同浏览器对 HTML、SVG 和 MathML 的支持情况。

KaTeX

• 特点：
  • 速度快： 渲染速度远快于 MathJax，特别适合需要快速展示大量公式的场景。
  • 轻量级： 文件体积小，对页面加载速度影响较小。
  • 易于使用： API 简单，上手容易。
• 优势：
  • 适用于对性能要求较高的项目，如在线教育平台、技术文档等。
  • 适合动态生成数学公式的场景。
• 劣势：
  • LaTeX 支持范围相对较窄，部分复杂公式可能无法渲染。
  • 配置选项较少，自定义性不如 MathJax 强。

    对Vue支持的相关插件：

    vue2:vue-katex；
    vue3:VaTex;

MathJax

• 特点：
  • 功能强大： 支持几乎所有 LaTeX 语法，能够渲染极其复杂的数学公式。
  • 配置灵活： 提供丰富的配置选项，可以高度自定义公式的样式和行为。
  • 社区活跃： 社区庞大，资源丰富，遇到问题更容易找到解决方案。
• 优势：
  • 适用于学术论文、教材等需要展示大量复杂数学公式的场景。
  • 对 LaTeX 的支持非常全面。
• 劣势：
  • 渲染速度较慢，对性能要求较高的项目可能不太适合。
  • 文件体积较大，会增加页面加载时间。
  • 配置复杂，学习成本较高。

    对Vue支持的相关插件：

    vue2:vue-mathjax；
    vue3:vue-mathjax-next;

如何选择？

• 性能优先： 如果对渲染速度和页面加载速度有较高要求，可以选择 KaTeX。
• 功能优先： 如果需要渲染非常复杂的数学公式，或者需要高度自定义公式的样式，可以选择 MathJax。
• 易用性优先： 如果希望快速上手，并且对公式的自定义需求不高，可以选择 KaTeX。

Markdown + Math 支持
某些前端框架（如 VuePress、React + Markdown-it）支持直接在 Markdown 中编写公式。
示例代码：

$$
E = mc^2
$$

通过配置 MathJax 或 KaTeX，可以自动渲染公式为 HTML。

总结

如果你追求简单：
● MathML：适合直接生成简单的数学公式。
● KaTeX 或 MathJax：适合复杂公式和现代网页。
如果想要定制化或动态公式：
●  Markdown 配合 MathJax/KaTeX 是更灵活的选择。
可根据自己的需求和技术栈选择最合适的方案。